O-TiN三元复合粉体的方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及复合陶瓷材料领域，具体公开了一种原位合成Si3N4-Si2N20-TiN三元复合粉体的方法。
【背景技术】
[0002]作为结构陶瓷，Si3N4陶瓷具有高韧性、耐高温、高导热等优异性能，高温稳定性、抗氧化性能和耐磨性能较低。与Si3N4相比，Si2N2O具有较高的高温稳定性和抗氧化性能，TiN具有较高的硬度、耐磨性能和导电性能。因此，将Si2N2O和TiN作为第二相，加入到Si3N4陶瓷，可以显著改善其高温稳定性、耐磨性能、抗热震性能、导电性能。
[0003]目前，主要通过在原料加入S12相，原位反应生成Si2N2O相;通过直接加入TiN，或者加入Ti02，通过原位反应合成TiN。均存在S12和T12易团聚和难分散问题，导致Si2N2O和TiN相不能在Si3N4陶瓷中均匀细小分布。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服上述缺点而提供一种原位合成Si3N4-Si2N2O-TiN三元复合粉体的方法。本发明的Si2N2O和TiN相在Si3N4陶瓷中均匀细小分布，粒径细小，显著改善Si3N4陶瓷性能，且制作成本低。
[0005]本发明通过以下技术方案予以实现:
本发明的原位合成S i 3N4-Si 2N2O-T iN三元复合粉体的方法，包括如下步骤:
(1)以Si粉、钛酸丁酯为原料，按S1:钛酸丁酯的质量分数比为48?96%:4?52%的配比经混料、干燥，获得S1-T12复合粉体；
(2)将S1-T12复合粉体干压成型，放入气氛炉中进行氮化，通过原位反应合成Si3N4-Si2N2O-TiN三元复合粉体。
[0006]上述步骤(I)获得的S1-T12复合粉体中，Si和T12的质量分数比为80?99%: 1-20% 上述步骤(I)的Si粉纯度为95?100%，粒径为〈ΙΟμ??，钛酸丁酯纯度为98?100%。
[0007]上述步骤(I)中，以无水乙醇为溶剂，以Si3N4球为球磨介质，在球磨机上球磨4?48h，干燥后过筛得到S1-T12复合粉体。
[0008]上述步骤(I)中，在行星球磨机上球磨12h。
[0009]上述步骤(I)中，Si和T12的质量分数比为92%: 8%。
[0010]上述步骤(2)的氮化工艺为:将S1-T12坯体放入石墨坩祸，将温度升至1300?1450°C，并保温，气氛为氮气，获得Si3N4-Si2N2O-TiN三元复合粉体。
[0011]上述氮化工艺中，以5-20°C/min的升温速率将温度升至1300?1450°C，并保温0.5?20h，气氛为Iatm的氮气，获得Si3N4-Si2N2O-TiN三元复合粉体。
[0012]上述氮化工艺中，将S1-T12坯体放入石墨坩祸，以10°C/min的升温速率将温度升至1390°C，并保温4h，气氛为Iatm的氮气，合成Si3N4-Si2N2O-TiN三元复合粉体。
[0013]本发明制备得到的Si3N4-Si2N2O-TiN三元复合粉体中，Si3N4、Si2N20、TiN的粒径分别为<54鹽、<54鹽、<叫11111，513他:312他0:11~质量分数比为57~98%:1.5~33%:0.5~10%，并且Si2N2O和TiN均匀分布于Si3N4中。
[0014]本发明以Si粉和钛酸丁酯为原料，合成了Si3N4-Si2N2O-TiN三元复合粉体。本发明仅通过一种引入钛酸丁酯液体，就可以同时原位引入Si2N2O和TiN两相，降低成本，避免过度杂质的引入。同时，以液态形式引入原料，可以实现Si2N2O和TiN相更均匀细小分布于Si3N4粉体。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果:
(1)本发明以Si粉作为原料，经钛酸丁酯引入的T12可以促进Si粉氮化，降低成本；
(2)本发明仅加入一种钛酸丁酯原料，实现了Si2N2O和TiN两种产物的引入；
(3)本发明通过液态形式引入钛酸丁酯并结合高温原位反应，可以实现Si2N2O和TiN更均匀分布于Si3N4中，显著降低Si2N2O和TiN的粒径。
[0015](4)本发明以钛酸丁酯引入T12,展现了三重协同作用:加快Si粉的氮化、促进形成高性能Si2N2O相、形成均匀分布且粒径细小的TiN相，最终显著改善Si3N4陶瓷性能。
【附图说明】
[0016]图1为本发明实施例1制备的Si3N4-Si2N2O-TiN三元复合粉体的XRD图。
[0017]图2为本发明实施例1制备的Si3N4-Si2N2O-TiN三元复合粉体的SEM图。
[0018]图3为本发明实施例2制备的Si3N4-Si2N2O-TiN三元复合粉体的XRD图。
[0019]图4为本发明实施例2制备的Si3N4-Si2N2O-TiN三元复合粉体的SEM图。
[0020]图5为本发明实施例3制备的Si3N4-Si2N2O-TiN三元复合粉体的XRD图。
[0021 ]图6为本发明实施例3制备的Si3N4-Si2N2O-TiN三元复合粉体的SEM图。
具体实施方案
[0022]下面结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细、完整地说明，但决非限制本发明，本发明也并非仅局限于下述实施例的内容，下述所使用的实验方法若无特殊说明，均为本技术领域现有常规的方法，所使用的配料或材料，如无特殊说明，均为通过商业途径可得到的配料或材料。下面给出实施案例:
实施例1
本发明的原位合成S i 3N4_Si 2N20-T iN三元复合粉体的方法，包括如下步骤:
(I)以Si粉、钛酸丁酯为原料，按照Si粉质量分数为73%、钛酸丁酯质量分数为27%进行配料，以乙醇为溶剂，以Si3N4球为球磨介质，在行星球磨机上混合12h，经混料、干燥后，得到混合均匀的S1-T12复合粉体，其中Si粉的质量分数为92%、Ti02的质量分数为8%。
[0023](2)将S1-T12复合粉体干压成型得到S1-T12坯体，将S1-T12坯体放入石墨坩祸，以10°C/min的升温速率将温度升至1400°C，并保温2h，整个过程气氛为Iatm的氮气，原位合成Si3N4-Si2N2O-TiN三元复合粉体。
[0024]本实施例制备得到的Si3N4-Si2N2O-TiN三元复合粉体，Si3N4、Si2N20、TiN粒径分别为3.5μηπι、3.5μηπι、0.6ynm，Si3N4: Si2N2O: TiN 质量分数比为84%: 12%: 3%，并且Si2N2O 和 TiN 均勾分布于Si3N4中。
[0025]实施例2
本实施例的原位合成Si3N4-Si2N2O-TiN三元复合粉体的方法，具体如下: 按照Si粉质量分数为82%、钛酸丁酯质量分数为18%进行配料，以乙醇为溶剂，以Si3N4球为球磨介质，在行星球磨机上混合12h，经混料、干燥，获得S1-T12复合粉体，其中Si和T12的质量分数比为95%: 5%，按照实施例1方法原位合成Si3N4-Si2N2O-TiN三元复合粉体，其中将温度升至1400 °C保温2h。制备所得的S i 3N4-S i 2N20-T i N三元复合粉体，S i 3N4、S i 2N20、T i N粒径分别为3.7μηπι、3.8μηπι、0.7ynm，Si3N4: Si2N2O: TiN质量分数比为89.9%: 7.7%: 2.4%，并且Si2N2O